金属增材制造技术为形状复杂、工艺复杂、传统制造技术难以加工的金属零部件的制造提供一种行之有效的新方法。但因构件在快速凝固条件下材料微观组织特征及演变规律、弹性模量等力学性能参量以及气孔、夹杂、未熔合、微裂纹等不同缺陷类型、尺寸、数量、分布等与传统的铸锻工艺相比迥然不同,并且缺陷的种类、数量、尺寸及位置、材料的力学性能参数、孔隙率对增材制造构件的成品零件的质量、力学性能、构件在实际使用中的服役安全性有着极大的影响。本文以解决影响金属增材制造技术发展的构件内部的缺陷控制、缺陷检测、弹性力学性能参数检测等问题为目的,提出了基于超声无损检测理论的,针对金属增材制造构件的各材料力学性能参数、孔隙率及内部缺陷的超声无损检测精确测量技术。通过开展高精度超声扫查平台研制、超声声学基础理论以及精密检测试验研究,建立了针对金属增材制造构件内部缺陷的超声无损方法,为金属增材制造构件实际应用及服役性能提供保障。本文主要研究内容如下:(1)材料力学性能参量,孔隙率及损伤缺陷检测的理论推导。首先对各向同性材料中超声波纵波波速及表面波波速的测量公式进行了推导,并以此为基础结合声场中的Naiver方程得出各材料力学性能参量与超声波纵波波速及表面波波速的关系。其次基于超声波频谱分析理论,利用超声波衰减谱及声衰减系数与材料内部孔隙率的经验公式,对金属增材制造构件内的孔隙率进行求解。最后将超声波频谱分析、信号分析及处理、超声无损检测原理相结合,将实验中获取到的超声波回波信号经频域变换、波形对齐及加窗截断后,结合峰值成像法及频域成像法对试件缺陷损伤进行成像。(2)基于超声无损检测的原理及利用超声波回波的成像方法,自主研制了超声无损检测系统,首先设计并搭建了超声无损检测系统的硬件系统,通过对系统各部件进行计算选型提升了的系统的检测精度,通过系统中的硬件触发功能保证了运动与数据采集的同步性,满足了实验中对增材制造构件材料波速测量的硬件系统要求。然后设计了开发了专用的控制测量及成像软件,实现了运动平台各轴的小步距精确扫查、超声波回波信号的实时采集与显示、超声波回波信号的实时频域变换及频谱图显示、波形的预处理及存储、试件内不同深处的时频域成像,通过在程序中编写信号处理算法,实现了波形对齐,有效的除去了A型扫查波形中系统效应的影响。(3)使用超声无损检测系统对铝制增材制造构件进行扫查检测,获取试件上各点的A型扫查波形、试件时域缺陷成像图,频域缺陷成像图。实验结束后利用实验中获得的试件上各点的A型扫查波形图求解超声波表面波及纵波波速,根据超声波波速与构件材料各力学性能参量的关系,求解泊松比等材料力学性能参量。通过在各点的A型扫查信号中提取背散射信号求解试件的超声波衰减谱,进而求解试件的孔隙率。最终将实验中获取的超声波回波波形与仿真结果进行对比分析,结果表明两者二者吻合度良好,验证了超声无损检测系统的准确性。